设备管理_制冷换热器及辅助设备概论

第五章制冷换热器及辅助设备 概述 在制冷设备中 除去起主导作用的压缩机外 还包括其他一些设备 这些设备统称辅机 其中换热器占很大比重 而且在制冷系统中起着重要的作用 制冷换热器的换热机理 制冷机的换热器 大多数是面式换热器 热量从一种流体通过金属壁传给另一种流体 制冷剂在管内流动 外部空气 热流传递 制冷机换热器的分类 按面式换热器的结构型式分 壳管式 蛇管式 螺旋管式 板翅式等 按换热器用途分 冷凝器 蒸发器 中间冷却器 回热热交换器等 几种换热器的外形图 第一节肋片管式换热器 一 面式换热器加肋的原因 由于管内外的放热系数相差悬殊 管外空气侧的放热系数较小 通常只有30 50w m2 而管内R12或R22的放热系数可高达1000 3000w m2 所以在蛇管外部设有肋片 以强化传热 这种具有肋片的蛇管式换热器称为肋片管式换热器 它是目前车辆制冷设备中广泛采用的结构型式 二 肋管型式及其参数 1 肋管的型式较多 常见的肋管有 绕片管轧片管套圈管套片或套圈管 绕片管 绕片管是将薄钢带内侧轧有皱折 用专用机具绕在光铜管外 然后整根肋管紧固 所以接触热阻小 但其根部带有皱折 易于污脏 清除较困难 因此只适宜在蒸发器上采用 轧片管 是在同一金固管外轧制出肋片 它的优点是没有接触热阻 但肋化系数小 重量大 缠丝管 缠丝管是在光管外缠绕针形肋带 靠胶合紧固 这种肋管紊流换热性好 且可制成非直线肋管 但空气流动阻力大 针形肋带 套片肋管 套片式肋管是将预先冲好孔的厚0 2 0 3mm的铝片 用套片机套在管族上 根部带有卷边 用以增大与管子的接触面积 铝片 铜管 2 肋管参数 节距e 2 4mm肋片厚度 0 2 0 4mm肋高h 7 12mm管径dw加肋程度用肋化系数 表示 FW Fn 肋片管束计算尺寸示意图 肋片的计算高度示意图 3 肋片效率 说明肋片热交换的有效性 设肋片根部与空气之间的温差 肋片平均温度与空气之间的温差为 显然有 定义 称肋片效率 说明肋片热交换的有效性总是小于1肋片效率与肋片的导热热阻及肋片管外侧的放热系数有关 随肋片的厚度和节距的增加及h的减小而增大 因此肋片热交换器常使用导热性能良好的铜质 铝质作为肋片 的意义 三 肋片管式换热器的传热分析与计算 1 传热过程 空气侧放热 通过管壁与肋片的导热 管内制冷剂与管壁的对流放热 管内传热 外部换热 管壁传热 管内制冷剂 管外空气 热流Q 2 肋片管换热器传热系数k的经验公式 式中 污垢系数 肋化系数 肋片管内冷剂的当量放热系数 肋片与管的接触热阻 肋片管外空气侧当量放热系数 空气侧放热系数 空气横向流过肋片管簇的放热情况比流过光管管按时更为复杂 它除了与流动情况 物性容数 冲击角 管于的排列方式等有关外 还与肋片间距 肋片高 肋片厚等因素有关 要得出各种因素对放热的影响 必须对肋片管进行大量的试验 目前对于空气流过肋片管时放热系数的计算 通常使用经验公式来进行计算 肋片管放热系数的经验公式 式中 管外平均放热系数 通过肋片间的空气流速m s 肋片管内冷剂的当量放热系数计算 冷凝器 制冷剂在管内为冷凝 气体变为液体 蒸发器 制冷剂在管内为沸腾 液体变为气体 管内制冷剂的当量换热系数与制冷剂在管内的状态有关 需要对具体的情况进行分析 3 肋片管换热器传热温差的计算公式 一般采用对数平均温差 大温差 小温差 tk t1 t2 式中 两流体的大温差 两流体的小温差 4 换热器传热面积F的计算 式中 换热器的传热量 换热器的传热系数 换热器的传热面积 换热器的平均传热温差 第二节肋片管式冷凝器和蒸发器 一 冷凝器结构 冷凝器是使制冷剂将热量放给冷却介质 水或空气 的换热设备 从压缩机出来的高温高压制冷剂蒸气在冷凝器中进行冷却 冷凝以至过冷 三种类型的冷凝器 按其冷却方式可 水冷式空气冷却式蒸发 淋激式 此种方式 制冷剂冷凝时放出的热量主要被水蒸发时吸收的汽化潜热带走 车辆用制冷设备中 由于运用条件的限制 只采用空气冷却式 即风冷冷凝器 采用空气冷却比较简便 但冷凝压力高 尺寸大 能量消耗也较大 风冷冷凝器也用于其他小型制冷机上 如冰箱 冷藏柜 冷藏汽车 窗式空调器等 风冷冷凝器都做成蛇管式 外套肋片 制冷剂蒸气在管内冷凝 空气在轴流式回风机的作用下 在蛇管外横向流过 为了使冷凝器的结构紧凑 通常是作成长方体形 几蛇管并联在一起 上进下出式风冷冷凝器结构图 1 分配集管2 冷凝蛇管3 集液器 横进横出式风冷冷凝器结构图 制冷剂蒸汽入口 制冷剂液体出口 冷却用空气 冷凝器单元内部结构图 h肋高dw管径 肋厚e肋片节距 典型的风冷冷凝器外形图 一 典型的风冷冷凝器外形图 二 自然对流的冷凝器外形图 二 蒸发器的结构 蒸发器是制冷机的另一主要热交换设备 在蒸发器中 制冷剂液体在较低温度下蒸发 沸腾 而转变为蒸气 利用制冷剂的蒸发潜热 吸收被冷却介质的热量而使被冷却介质的温度降低 所以 蒸发器是制冷系统中产生和输出冷量的设备 1 冷却液体 水 盐水等 的蒸发器冷却液体的蒸发器有壳管卧式蒸发器 干式蒸发器和沉浸式蒸发器 2 冷却空气的蒸发器冷却空气的蒸发器有冷却排管和直接蒸发式空气冷却器两种 蒸发器的分类 直接蒸发式空气冷却器也称冷风机 它适用于各种空调机组 冷藏库及低温试验箱中 它的特点是制冷剂在蛇管内吸热蒸发 管外空气在风机作用下强迫流动 由于空气是强迫流动 所以传热系数比冷却排管高 车辆制冷系统中 采用的蒸发器均为直接蒸发式空气冷却器 a 横向垂直 b 水平 c 倾斜 1 膨胀阀 2 分液器 3 分液管 4 汇集管 4 回气管 6 感温包 直接蒸发式空气冷却器及其安装位置示意图 典型的蒸发器结构图 典型的蒸发器结构图 平板形表冷器结构图 分液器 第三节辅助设备 在实际的制冷系统中 为改善制冷装置的工作条件 提高运行的经济性和安全可靠性 还必须设一些辅助设备 如贮液器 气液分离器 干燥过滤器等 一 干燥过滤器 在客车空调装置制冷系统节流装置前的输液管上 都装有干燥过滤器 它是制冷系统的净化设备 其作用是消除制冷剂中的水分和机械杂质 干燥过滤器主要由壳体 滤网 干燥剂 进 出液管接头等组成 1 进液管接头 2 压盖 3 滤网 4 干燥剂 5 出液管接头 6 壳体 7 连接螺栓